重金属土壤修复技术研究现状综述探讨

土壤是人类赖以生存发展的资源。我国人多地少、土地资源短缺、人地矛盾突出。而工农业生产和矿产品的开发，还使大量土地退化或污染，进一步加剧了土壤资源的短缺。土壤重金属污染因其污染的隐蔽性、长期性和不可逆性而备受世界的关注，它不仅退化土壤肥力、降低作物产量和品质，而且引发水资源的污染，并通过食物链危害人类的生命和健康，因此，重金属污染土壤的治理就成为我国研究的热点和难点。所以污染土壤修复已成为我国一项十分紧迫的任务。土壤重金属污染主要是由于采矿、冶炼、化工等工业产生的含重金属废弃物进入土壤，以及农药、化肥、垃圾、粉煤灰的重金属，通过植物吸收使其在土壤中。所以， 人们正在积极寻找快速、有效的污染土壤的修复途径。
　　1 土壤重金属污染现状
　　人为活动或自然作用释放的重金属经过物理、化学或生物过程，在土壤中逐渐积累从而造成土壤重金属污染。据统计，全国造成重金属污染的耕地面积已约占全国耕地面积的1/5，其中以Pb、Cd、Hg污染最为严重。
　　2 土壤重金属污染危害属
　　（1）对农作物的危害；污染土壤中的重金属通过农作物根系进入作物内，积累到一定程度后会对作物产生毒害。当灌溉水中含 2.5mg/L的Hg时，水稻就发生明显的抑制生长作用，表现为生长矮小，根系发育不良；当Cd含量超过30μmol/L时，小白菜明显抑制生长，表现为株高、主根长度下降、叶面积锐减等。（2）对土壤微生物和土壤酶有影响；重金属对土壤微生物有明显的影响，重金属的增加会减少土壤中微生物的种类和数量。当Hg为0.7mg/Kg、Cd为3mg/Kg、Pb为100mg/Kg、Cr为50mg/Kg时土壤中细菌总数开始下降。（3）对人体有危害；重金属对土壤污染后，人们通过食物链不断摄取有害物质。大脑对Pb、Cd、Br、Al积累较多，胃对As、Se、Si、Pb、Cd积累较多，肺对Sn、Se、Pb、Cr积累较多，骨骼对Pb、Cd积累较多。
　　3 重金属土壤的植物修复技术
　　重金属类污染的植物修复技术按其修复的机理和过程可分为植物萃取、植物稳定、植物挥发和根系过滤。
　　（1）植物萃取；指种植一些特殊植物， 利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部，通过收割地上部物质带走土壤中污染物的一种方法。植物萃取技术利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物。（2）植物稳定；指利用植物根际的一些特殊物质使土壤中的污染物转化为相对无害物质的一种方法。其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程。（3）植物挥发；是指利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的汞、硒转化为挥发形态以去除其污染的一种方法。如烟草能使毒性大的二价汞转化为气态的汞，洋麻可使土壤中47%的三价硒转化为甲基硒挥发去除。（4）根系过滤；是利用植物根系过滤沉淀水体中重金属的过程。例如水科植物浮萍和水葫芦可有效吸收清除水体中的镉、铜和硒。
　　4 耐性和超富集植物
　　耐性植物是指能够适应高含量的重金属土壤环境而生长的一类特殊植物。人们很早就发现某些植物能够生长在重金属含量异常高的土壤上，这些植物无一例外地对重金属具有一定的耐性。大量研究发现，很多耐性植物仅分布于某些重金属含量较高的土壤上，为地方性的物种。如海州香薷、鸭跖草就分布在中国长江中下游铜矿区含铜较高的土壤上。
　　5 植物修复技术的运用
　　美国依阿华大学利用杂交杨树修复了位于南达科达州一块受砷污染的土地。该地区有130a的金矿开采历史。试验共种植了3100棵杂交杨树，深入尾矿中达1.6m。通常要加入各种改良剂以改善土壤的物理化学性，促进植物生长，增强植物修复的效果。除了必要的氮、磷、钾肥料外，常用的改良剂包括石灰、磷矿物、铁锰氧化物、粉煤灰、生物活性污泥、猪粪、堆肥、合成锆石等。通常这些改良剂本身可降低重金属在土壤中的活性，在植物稳定中起着重要的作用。
　　6 植物修复技术的优点和不足
　　优点：植物修复技术的显著优点是其在工程中可以原位实施，从而减小了对土壤性质的破坏和对周围生态环境的影响，可称是真正意义上的“绿色修复技术”；植物修复技术无需专门作人员 ，因而工程上易于推广和实设备和专业操施；植物修复技术的最大优势是其运行成本大大低于传统方法。
　　不足：植物修复技术也具有一些自身的不足。主要表现在：超富集植物个体矮小，生长缓慢，修复重金属污染土地需时太长；植物修复土壤只能局限在植物根系所能延伸的范围内，一般不超过20cm土层厚度；超富集植物对重金属具有一定的选择性，难以全面清除土壤中的所有污染物；富集了重金属的超富集植物需收割并作为废弃物妥善处置；异地引种对生物多样性的威胁。
　　7 展望
　　植物对重金属的清除效率取决于其耐性、地上部重金属含量、生物量、生长速度及生物富集系数。因此，在修复重度重金属污染时，耐性是一个关键因素。目前植物修复技术大多停留于实验室模拟研究阶段。但必须引起注意的是从实验室获得的超富集植物生物富集系数、最大富集量等并不能简单地换算成实际工程中的植物修复系数和单位面积重金属去除量。因此继续在全球范围内寻找生物量大、富集能力强的超富集植物是超富集植物研究获得突破的选择途径之一。植物修复技术作为一种新的污染治理替代技术业已被证明具有极大的潜力和市场前景，从实验室走向产业化应用还需假以时日。未来研究需从以下方面深入以获得突破：（1）继续寻找和培育新的超富集植物。（2）对超富集植物深入开展有关重金属富集机理的研究，揭示植物超量富集重金属的生态生理过程，为培育高效低选择性的“ 超富集植物”奠定基础。（3）深入研究超富集植物修复污染土壤和水体的过程及其调控机理。
　　参考文献：
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　　[2]农业环境背景值协作组.我国十三省（市）主要农业土壤及粮食作物中有害元素环境背景值研究[J].农业环境保护，1986.